重庆市主城区常见乔木树种叶片滞纳空气颗粒物功能研究

郑铭浩，方 文，马立辉,安姝虹,王海洋，邢佑浩

(1.西南大学 园艺园林学院，重庆 400715；2.重庆市林业科学研究院，重庆 400036)

重庆市主城区常见乔木树种叶片滞纳空气颗粒物功能研究

郑铭浩1，方 文2，马立辉2,安姝虹1,王海洋1，邢佑浩1

(1.西南大学 园艺园林学院，重庆 400715；2.重庆市林业科学研究院，重庆 400036)

为了探求重庆市常见乔木树种滞纳空气颗粒物功能，利用空气气溶胶再发生器测定了11种乔木树种单位面积叶片对TSP、PM10和PM2.5的滞纳量。结果表明:11种乔木树种叶片滞纳TSP和PM10的能力都存在显著差异，二球悬铃木、红叶李对TSP和PM10的滞纳能力排在一二名，11种乔木对PM2.5滞纳水平较低，滞纳能力大小不明显；同一树种滞纳TSP量和PM10量在不同地区的大小排序都与环境空气质量呈正相关关系，而PM2.5无此规律；叶片细颗粒物附着量占比很低。

乔木树种;单位面积叶片;滞纳量;空气颗粒物;TSP；PM10;PM2.5；重庆市

重庆市作为长江上游最大的经济中心、西南地区综合交通枢纽，近年来其经济得到长足的发展，导致大气污染严重，尤其是大气颗粒物PM2.5(可入肺颗粒物)的污染给居民工作和日常生活带来不可忽视的影响，最直观的表现就是大气能见度降低、灰霾天数增多。同时，PM2.5粒径小、比表面积大、吸附能力强，易成为空气中各种有毒污染物的载体，进而随呼吸进入人体，沉积于肺部，对人体造成直接危害。城市绿地系统通过植物对大气的过滤作用，能有效地提高城市空气质量，保护人体健康。乔木树种作为城市绿地系统的重要组成部分，生态效益十分突出，可以通过调节大气中的碳氧平衡和减少空气中的粉尘，从而维持城市的碳氧平衡，减轻或消除温室效应以及净化空气，进而提高人们的生活质量。因此，深入了解城市中各种乔木树种对PM2.5等空气颗粒物的吸附滞纳作用是很有必要的。

据研究，植物叶面饱和滞尘量在不同城市有所差异。孙晓丹[1]等研究青岛不同植物滞尘规律，发现一些灌木达到单位叶面积内最大滞尘量的时间在21～27 d不等，而Qiu Y[2]等在惠州的研究表明，植物叶面滞尘能力约在24 d以上达到饱和(即最大滞尘量)。由于重庆市春夏多雨、连续晴天的天数较少，因此春夏季叶片较难达到饱和滞纳量。本研究以雨后连续晴天条件下11种乔木树种为研究对象，定量确定其叶片吸附滞纳空气颗粒物的能力，包括:①不同树种叶片单位面积附着不同粒级颗粒物量(PM2.5(粒径≤2.5 μm的空气颗粒物),PM10(粒径≤10 μm的空气颗粒物)，TSP(空气总悬浮颗粒物)的对比;②相同树种对不同粒级颗粒物附着能力随环境的变化；③树种滞纳吸附各粒级颗粒物的比例。以期为重庆空气污染的生态治理提供数据支撑，从而确定以生态治理为目标时城市乔木绿化树种的选择。

1 材料与方法

1.1 研究地点与材料

本次研究于春季4—5月份进行，供试树种皆来自重庆市主城区，包括缙云山森林公园(简称缙云山)、沙坪公园、北碚公园、照母山森林公园、歌乐山森林公园、新南路、小龙坎正街、大坪正街。选定不同环境条件的区域，可防止研究环境单一造成研究结果的片面性。此外，可通过不同地区的研究对比分析，说明在不同环境下相同树种对不同粒级颗粒物附着能力的变化。研究地点与采样情况如表1所示。

表1 研究地点与材料

1.2 供试树种选择

由于重庆市春夏季多雨，连续晴天的天数不多，为保证叶片滞纳吸附量可供实验测定，本研究在4—5月雨后3—4 d相同气象条件下，选定晴朗无风的天气，选择常见且林龄相近的乔木树种进行叶片采集，共采集11种乔木树种，包括银杏(GinkgobilobaL.)、复羽叶栾树(KoelreuteriabipinnataFranch.)、红叶李(PrunuscerasiferaEhrharf.atropurpurea(Jacq.) Rehd.)、枫香树(LiquidambarformosanaHance.)、朴树(CeltissinensisPers.)、二球悬铃木(PlatanusacerifoliaWilld.)6种落叶阔叶乔木，香樟(Cinnanomumcamphora(L.) Presl)、天竺桂(Cinnanomumjaponicum(Diels.) Sieb.)、桂花(OsmanthusfragransLour.)、小叶榕(FicusmicrocarpaL.f.)4种常绿阔叶乔木以及黄葛树(FicusvirensAit.var.sublanceolata(Miq.) Corner)(半常绿或落叶阔叶乔木)。

1.3 叶片采集方法

每种植物选取3株生长状况良好，林龄相近的个体植株。在乔木生长高度2～4 m处，树冠外围各个方向，根据叶片大小，在每株树上采集不等叶片。采摘的叶片要求成熟、完整、无病虫害和断残，且皆为当年生叶片。把采摘下来的叶片立即封存于自封袋中，及时带到重庆市林业科学研究院的实验室进行测量。

1.4 试验方法

本研究采用与DUSTMATE(手持式环境粉尘检测仪)连接的空气气溶胶再发生器(QRJZFSQ-I)测定不同树种叶片滞纳TSP、PM10和PM2.5的数量。空气气溶胶再发生器(QRJZFSQ-I)的工作原理为:将待测树种叶片放入气溶胶再发生器的料盒，通过风蚀原理，将叶片上吸滞的不同粒径的颗粒物重新释放出来，再次形成稳定、密度均匀的气溶胶。其中，为了防止颗粒物在料盒内壁的吸附，在料盒的内壁进行了防静电处理[3]。然后利用连接在气溶胶再发生器上的DUSTMATE手持式环境粉尘检测仪测定气溶胶中TSP、PM10和PM2.5的浓度，并根据监测的大气颗粒物浓度和气溶胶再发生器的空箱颗粒物浓度，最终结合料盒的内部容积换算得到供试叶片的颗粒物滞纳量(Mmn，m为不同树种;n为颗粒物种类，单位μg)。之后，将测定的叶片从气溶胶再发生器中取出，置于标有刻度(计算叶片面积时作为换算比例)的白纸上依次放好，用玻璃板盖好压平整，拍下照片后利用Adobe Photoshop图像处理软件，结合Adobe Illustrator软件提取线条，最后用CAD制图软件计算所测叶片的叶面积(Am，单位cm2) 。 Mmn/Am即为不同树种单位面积叶片对TSP、PM10和PM2.5的滞纳量( Dmn，单位μg/cm2)。

2 结果与分析

2.1 不同树种叶片滞纳颗粒物量分析

表2为对所采样树木分析、测定所得的各树种单位叶面积对3种颗粒物的滞纳附着量。研究发现，相似环境地区的树种对空气颗粒物的滞纳量相差较小，故将相似环境地区归类，相似环境下不考虑地区与树种之间的交互作用。其中沙坪公园、北碚公园、鹅岭公园归为城市公园，照母山森林公园、缙云山森林公园、歌乐山森林公园归类为森林公园，大坪正街、小龙坎正街以及新南路归类为道路绿地。

图1、图2、图3为城市公园、森林公园中各树种单位叶面积滞纳3种颗粒物量的柱形图，用以反映在4、5月份雨后3～4 d重庆主城区2种类型绿地环境条件下，不同乔木树种单位叶面积滞纳3种颗粒物能力的差异。

注：竖线表示标准误差，N=3，方差分析表明不同树种之间存在显著差异(p<0.05)，不同的地点也存在显著差异(p<0.05)

图1 不同树种单位叶面积滞纳TSP量
Fig.1 TSP retaining volume of unit leaf area in different tree species

从图1可知，乔木树种间单位叶面积滞纳TSP的能力存在显著差异，其中二球悬铃木的TSP滞纳量明显高于其他树种叶片，为红叶李滞纳量5倍以上。为了清楚展示其它树种的滞纳量变化情况，故未在图中表示其滞纳TSP的量。结合图1可以得出各树种的滞纳能力排序为：二球悬铃木>红叶李>复羽叶栾树>桂花>枫香>朴树>银杏>香樟>小叶榕>天竺桂、黄葛树。其中二球悬铃木单位叶面积滞纳TSP的能力最强，明显高出其他10种乔木树种，红叶李次之，复羽叶栾树单位面积滞纳TSP的能力排第三。天竺桂、黄葛树单位面积滞纳TSP的能力最低。

“随你怎么说。你有笔吗？没有？看来你是真没想到我们会当真，好在我是有备而来的。”徐艺说着从旅行包里掏出两张纸，还有笔，递给左达，“呶，借条、拍卖推荐函，我都替你准备好了，这是笔，签字画押吧。”

表2 4—5月份不同绿地类型树种叶片附着不同粒级颗粒物量

注：竖线表示标准误差，N=3，方差分析表明不同树种之间存在显著差异(p<0.05)，不同的地点也存在显著差异(p<0.05)

图2 不同树种单位叶面积滞纳PM10量
Fig.2 PM10 retaining volume of unit leaf area in different tree species

图2显示了不同树种单位叶面积滞纳PM10的变化，从中可知，2种类型绿地环境下，10种乔木树种单位叶面积滞纳PM10都具有显著差异，其中二球悬铃木的PM10滞纳量明显高于其他树种叶片，与TSP类似,是滞纳量相对较高的红叶李的4倍以上，故未在图中表示。

结合图2可知，不同乔木树种单位叶面积滞纳PM10的能力差异与它们滞纳TSP的能力差异基本吻合。二球悬铃木、红叶李、复羽叶栾树单位叶面积滞纳PM10的能力处于前三的位置，其余树种单位面积滞纳PM10能力的高低关系与滞纳TSP相比，总体相差不大。

由图3可知，在森林公园中，11种乔木树种单位叶面积对PM2.5的滞纳量存在一定差异。而在城市公园中，11种乔木树种单位叶面积滞纳量波动较大，说明树种单位叶面积滞纳PM2.5量受各城市公园地区环境影响大，不宜归为一类比较。从图中可以看出，在2种绿地类型下，树种对PM2.5滞纳能力差异受地区影响大，总体滞纳水平较低，且都低于0.01 μg/cm2。森林公园各树种滞纳量变化波动较小，且滞纳量更低，初步分析其主要原因在于所测地点空气中较低的PM2.5浓度。

注:竖线表示标准误差,N=3,方差分析表明在森林公园中不同树种存在显著差异(p<0.05)图3 不同树种单位叶面积滞纳PM2.5量Fig.3 PM2.5retainingvolumeofunitleafareaindifferenttreespeciesvolume

2.2 同一树种不同地区叶片滞纳颗粒物量分析

由图1和图2可以看出，城市公园树木单位叶面积滞纳TSP量和PM10量明显高于森林公园内相同树种叶片滞纳量。综合11种树种在2种不同绿地类型下单位叶面积滞纳TSP和PM10的情况，可以得出树种滞纳TSP量和PM10量受地区环境影响较大，这与王兵等[4]的研究结果一致。初步分析预测树种对TSP和PM10的滞纳量与环境空气质量呈正相关关系。为探究树种对空气颗粒物的滞纳量是否真的与环境空气质量呈正相关关系，图4,图5,图6结合道路绿地、城市公园及森林公园这样不同环境空气质量的区域，选定本研究中11种乔木树种中的6种树种(3种绿地类型都涵盖的树种)进行进一步分析。

图5显示了树种单位叶面积对PM10滞纳能力的地区差异对比。结果表明，树种单位叶面积滞纳PM10量的大小地区排序情况与滞纳TSP量的地区排序一致，说明树种滞纳PM10量与环境空气污染程度也大体呈正相关关系。

图4 不同地区树种单位叶面积滞纳TSP量的变化Fig.4 TSP retaining volume change of unit leaf area of tree species in different regions

图5 不同地区树种单位叶面积滞纳PM10量的变化Fig.5 PM10 retaining volume change of unit leaf area of tree species in different regions

图6 不同地区树种单位叶面积滞纳PM2.5量的变化Fig.6 PM2.5 retaining volume change of unit leaf area of tree species in different regions

图6显示了树种单位叶面积对PM2.5滞纳能力的地区差异对比。结果表明，树种单位叶面积滞纳PM2.5量的地区差异情况与滞纳TSP和PM10的地区差异情况不一致。树种单位叶面积对PM2.5滞纳量的地区差异不显著，同一类型绿地中树种对PM2.5的滞纳量标准误差较大，说明树种滞纳PM2.5量与环境空气污染程度无明显关系。且同地区各树种间单位叶面积滞纳PM2.5能力大小规律也不明显。可能由于PM2.5粒径较小，重量比较轻，比起PM10可以在空气中停留更长时间，能随风漂浮距离较远[8]，因此，在不同地点相同树种之间滞纳PM2.5量没有显著规律。而由于研究地点PM2.5浓度较低的情况，可能导致同一地点不同树种间的差异不明显。

2.3 叶片附着不同粒级颗粒物量分析

叶片上附着不同粒级颗粒物所占总颗粒物的比例在不同树种间和不同绿地环境下都存在一定的差异性，不同绿地环境下树种附着颗粒物的比例相差较大I(表3)。各类型绿地环境下树种对粒径大于10μm的颗粒物的附着比例都明显高于PM10(粒径≤10μm的颗粒物，包含PM2.5)，且植物叶片附着的空气颗粒物中粒径≤10μm的颗粒物占比不到50%,粒径小于等于2.5μm的颗粒物占比不足20%(且大多在10%以内)，说明在4月和5月份的重庆主城区，叶片附着粗颗粒物的比重较高，且大于10μm的颗粒物占比高达50%以上，而对细颗粒物的附着比例相对较低。

表3 4月和5月份叶片附着不同粒级颗粒物占总颗粒物(TSP)的比例/%

3 结论

1)在重庆主城区，相同环境条件下，11种乔木树种单位叶面积滞纳TSP的能力和滞纳PM10的能力都存在显著差异，叶片滞纳TSP和PM10的能力排序均为：二球悬铃木>红叶李>复羽叶栾树>桂花>枫香>朴树>银杏>香樟>小叶榕>天竺桂、黄葛树。11种乔木树种单位叶面积对PM2.5的滞纳量存在一定差异，但各树种滞纳能力大小差异不明显，各地区不一致，且总体滞纳水平较低，都低于0.01μg/cm2。

2)同一树种滞纳TSP量和PM10量受地区环境影响较大，各树种滞纳TSP量和PM10量均与环境空气污染程度大体呈正相关关系。而各树种单位叶面积滞纳 PM2.5量的地区差异情况与滞纳TSP量以及PM10量的地区差异情况不一致，各树种单位叶面积对PM2.5的滞纳能力在地区间的差异没有显著规律。

3)各树种叶片附着颗粒物量以粒径相对较大的颗粒物为主，其中粒径大于10μm的颗粒物占比高达50%以上，而叶片对细颗粒物的附着比例很低，都在20%以内。

4 讨论

4.1 不同树种滞纳颗粒物差异的原因分析

通过在同一绿地类型下，不同树种单位面积叶片对TSP、PM10、PM2.5的滞纳量分析可知，不同树种单位面积叶片对颗粒物的滞纳量存在较大差异。根据前人分析可知，不同树种滞纳颗粒物差异的主要原因在于叶片表面形态的差异。根据刘璐、管东生[5]对叶片表面微形态结构特征的研究，可知植物叶表面蜡质含量、气孔密度及其叶片接触角的大小(与叶片纹理、粗糙度等表面结构有关)是影响植物叶片滞尘能力的主要因素。王蕾等[6]和赵松婷等[7]的研究表明，具有沟槽、小室、突起等微形态结构的叶片对颗粒物附着有利，并且这些微形态结构越密集、深浅差别越大,越有利于滞留大气颗粒物的滞留，且叶表面有蜡质、腺毛等结构及叶片能分泌黏性的油脂和汁液也有利于大气颗粒物的滞留。结合本研究，11种乔木树种主要因叶片形态差异导致了其颗粒物滞纳量的差异。因此今后在以生态治理为主要目标进行城市绿化树种的选择时，应适当考虑选择叶表面形态有利于滞尘的树种来提高城市绿化效益。

4.2 不同颗粒物类型对树种滞纳规律的影响分析

本研究得出3种绿地类型下，树种叶片对粒径较大的颗粒物的附着比例明显高于粒径较小的颗粒物，且11种不同乔木树种单位面积叶片对TSP和PM10的滞纳能力排序几乎一致，而各树种对PM2.5的滞纳能力排序却随地区的变化而产生无规律的变化。初步分析是由于TSP和PM10中含有较多粒径较大的颗粒，这些颗粒更容易附着在植物叶片上，更易受植物叶片形态的影响，故呈现明显且有规律的差异。而PM2.5粒径较小，重量比较轻，相较于大颗粒物可以在空气中停留更长时间，随风漂浮距离较远[8]。因此在不同地点上，相同树种滞纳PM2.5可能受气象因素影响较大，在各地区间滞纳量的大小没有显著规律。此外，本研究树种叶片皆为雨后3～4 d，所采11种树种对PM2.5的单位叶面积滞纳量整体水平较低，原因除了所测地点空气中较低的PM2.5浓度外，也受叶片采样时间的影响。

4.3 树种叶片对颗粒物滞纳量大小的研究差异分析

本研究得出的树种叶片对TSP，PM10,PM2.5附着量大小与张灵异[9]、王兵、牛香[3，4，8]等的研究结果相比差异较大，原因可能与研究方法和研究区域的差异有关。张灵异[9]通过将采集的叶片浸泡在水中，使叶片上大部分的粉尘脱落，用软毛刷刷叶片表面的残余粉尘并冲洗，用滤纸抽滤称重的方法进而计算叶片单位叶面积滞尘量，与本研究通过空气气溶胶再发生器(QRJZFSQ-I)测算的方法不一致，故测算结果存在一定差异。而王兵[3]在北京植物园的研究与本研究测算仪器方法一致，但叶片滞纳量差异也较明显。以栾树为例，其研究表明在雨后5 d栾树对TSP的滞纳量为0.972μg/cm2，约为本研究城市公园中栾树TSP滞纳量的10倍以上，其他树种差异也较大。分析原因，可能受区域环境的影响较大：北京环境质量与重庆环境质量存在明显差异，故植物叶片对颗粒物滞纳量也有较大差异。此外，叶片采样的部位，采样季节及气象条件的不一致对叶片滞纳量也有较大影响。

[1] 孙晓丹，李海梅，孙丽，等.8种灌木滞尘能力及叶表面结构研究[J]．环境化学，2016，35(9):1815-1822

[2] QIU Y，GUAN D S，SONG W W .Capture of heavy metals and sulfur by foliar dust in urban Huizhou，Guangdong Province，China[J]．Chemosphere，2009，75(4):447-452．

[3] 王兵，王晓燕，牛香等.北京市常见落叶树种叶片滞纳空气颗粒物功能[J].环境科学，2015，36(6):2005-2009.

[4] 王兵，张维康,牛香，等.北京10个常绿树种颗粒物吸附能力研究[J].环境科学,2015,36(2): 408-414.

[5] 刘璐，管东生，陈永勤.广州市常见行道树种叶片表面形态与滞尘能力[J].生态学报，2013， 33(8):2604-2614．

[6] 王蕾，高尚玉，刘连友，等.北京市11种园林植物滞留大气颗粒物能力研究[J].应用生态学报，2006，17(4):597-601．

[7] 赵松婷，李新宇，李延明.北京市29种园林植物滞留细颗粒物能力研究[J].生态环境学报,2015,24(6): 1004-1012.

[8] 张维康,王兵，牛香.北京不同污染地区园林植物对空气颗粒物的滞纳能力[J].环境科学,2015,36(7): 2381-2388.

[9] 张灵异.城市主干道路绿带滞尘效应研究[D].重庆：西南大学，2015.

Atmospheric Particle Retaining Function of Common Tree Species Leaves
in Urban Areas of Chongqing

ZHENG Minghao1, FANG Wen2, MA Lihui2, AN Shuhong1, WANG Haiyang1，XING Youhao

(1 .Collage of Horticulture and Landscape, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2.Chongqing Academy of Forestry, Chongqing 400036, China)

In order to explore the atmospheric particle-retaining function of common trees species in Chongqing, the aerosol generator (QRJZFSQ-I) was used to measure retaining amount of unit leaf area of TSP PM10 and PM2.5 in eleven kinds of tree species. The results showed that: There were significant differences in the TSP-retaining ability and PM10-retaining ability in the leaves of eleven kinds of trees. For TSP and PM10, retaining ability of trees leaf were higher inPlatanusacerifoliaandPrunuscerasiferathan those of other nine species; Eleven kinds of trees had a low level of retaining amount to PM2.5, and PM2.5-retaining ability was not significant among all tree species; The retaining amounts of TSP and PM10 of the same trees in different areas had a positive correlation with environmental air quality, while the retaining amounts of PM2.5 was not followed law. The proportion of fine particles attached to the leaves was very low.

tree species; unit area of leaf; retaining amount; atmospheric particle; TSP; PM10; PM2.5; Chongqing

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.01.006

2016-12-19.

重庆市林业重点科技攻关项目(2015LAL1502)；应用开发计划项目(cstc2014yykfA9001).

郑铭浩( 1991-)，男，福建漳州人，硕士研究生.研究方向为风景园林生态.Email:348130699@qq.com 通信作者:王海洋，教授.Email: whyswau@126.com

S718.519；S79；S792

A

1671-3168(2017)01-0025-07